Planificar el sistema de distribucin para un sector de la ciudad

PLANIFICACIN DE SISTEMAS DE DISTRIBUCIN TRABAJO 4

RESUMEN

La modelacin de redes de distribucin por medio de un programa de modelacin digital permite disminuir el tiempo en que se planifica un proyecto, teniendo adems la ventaja de poder probar varias alternativas de mejoramiento de la red en una forma rpida y sencilla.

En el presente trabajo se realiza la planificacin de la red primaria de un sector de una ciudad, empleando la modelacin digital del programa SPARD, analizando varias alternativas hasta obtener una configuracin que cumpla con la mxima variacin de voltaje de 3% en condiciones normales y de 5% en condiciones de emergencia.

El rea de estudio tiene una demanda total de 20 MVA que debe ser servida por dos subestaciones con un alimentador cada una, con un voltaje de nominal de 22.9 kV. En condiciones de emergencia se debe transferir toda la carga de el un alimentador a otro.

La configuracin final de la red comprende la utilizacin de conductor 336 AAAC en el troncal principal y de 4/0 AAAC en el resto de secciones de lnea. Se realizan tres transferencias de carga en condiciones de emergencia

La mxima cada de voltaje obtenida en condiciones normales es de 1.8% y en condiciones de emergencia de 4,67%.

INTRODUCCIN.

Un sistema de distribucin debe cumplir con ciertos requisitos de cada voltaje y de perdidas. La cada de voltaje en la red primaria de un sistema de distribucin debe situarse en cierto rango de forma tal que incluyendo la cada de voltaje de los dems elementos de la red se cumpla con los requisitos mnimos de calidad. La obtencin de una configuracin de red primaria que cumpla con estas condiciones no siempre es fcil debido a la cantidad de componentes del sistema y del numero de variables involucradas.

La utilizacin de un programa de modelacin digital para la planificacin de redes primarias facilita enormemente el trabajo. Mediante la modelacin digital podemos partir de una configuracin inicial e irla modificando para obtener los resultados deseados.

El presente trabajo abarca la planificacin de una red primaria a travs de la modelacin digital del programa SPARD, desde la configuracin inicial hasta la final, y un anlisis de los resultados obtenidos.

OBJETIVO.

Planificar el sistema de distribucin para un sector de la ciudad.

ALCANCE.

Con base en el trabajo de ubicacin de subestaciones se realiza la configuracin de la red primaria, representndola mediante una modelacin digital, se analiza su comportamiento en condiciones normales y de emergencia debida a la perdida de uno de los transformadores en una de las subestaciones.

PRESENTACIN

CARACTERSTICAS DE LA RED.

El rea de total de estudio tiene dimensiones de 5 km de ancho por 8 km de alto dividida en cuadriculas de 1 km por lado.

La demanda total es de 20MVA con la distribucin de cargas mostrada en el anexo 1. La red se modelara para un voltaje de 22.9 kV conexin delta y las cargas se conectan directamente a la red primaria.

Se considera que la carga esta concentrada en el centro de cada cuadricula.

La carga se divide en dos subestaciones con un alimentador por subestacin con la ubicacin y topologa de la red primaria mostrada en el anexo 2

METODOLOGA DE ANLISIS

La red debe cumplir las siguientes condiciones:

- los alimentadores primarios sern radiales, se debe considerar todos los alimentadores como trifsicos.

- Se debe incorporar todas las cuadriculas con carga en la configuracin propuesta.

- Se debe cumplir con una cada de voltaje mxima del 3% en condiciones normales y de 5 % en condiciones de emergencia.

- En condiciones de emergencia ( que corresponden a la perdida de uno de los dos transformadores de una subestacin), se deber transferir toda la carga de la subestacin al primario de la otra subestacin, para que el sistema n su conjunto siga funcionando.

Se estudiara el comportamiento del sistema propuesto mediante la modelacin digital del programa SPARD. Se representara el caso de emergencia mediante transferencias de cargas. Se verificara que se cumplan con las condiciones pedidas y se realizaran las mejoras necesarias para que el sistema cumpla con las condiciones pedidas.

Limitaciones.

- La modelacin esta limitada a la red primaria de distribucin, la modelacin de los elementos fsicos no es considerada a profundidad.

- No se considera la flecha de los conductores, ni la separacin que debe existir entre los postes.

- No se realiza el dimensionamiento de las protecciones ni el calculo de las potencias de cortocircuito.

DESCRIPCIN DE LA CONFIGURACIN INICIAL

La modelacin se realizo con la creacin del espacio de trabajo en el cual se introdujeron las dimensiones del sector de estudio. A continuacin se fueron creando los elementos en su orden: subestaciones, barra, alimentadores, nodos fsicos, nodos elctricos, secciones de lnea, seccionadores de transferencia.

Subestaciones

Se dimensiona la capacidad de las subestaciones de forma tal que puede satisfacer todo la carga del sistema.

Para esto se debe asumir un factor de potencia que debido a que no conocemos el tipo de usuario lo consideramos 0.90. Se consideraron los valores mnimos admisibles.

Imxima = potencia mxima/ (voltaje nominal *3)

Imxima =20 MVA/ (22.9 kV*3) = 504 ASubestaciones SUB1 y SUB2:

Capacidad instalada20MVA

Voltaje principal22.9kV

Carga mxima18MW

9

Barra SB1 de la SUB1 y Barra SB2 de la SUB2:

Voltaje nominal22.9KV

Corriente nominal550A

Para los alimentadores se asumieron factores de demanda, coincidencia y de carga, que no influyen en esta modelacin.

Nodos fsicos .

Los nodos fsicos son postes de concreto con una altura total de 12 metros. Se colocaron nodos fsicos solo en los lugares donde existe carga con una separacin media de 1 km.

Nodos elctricos.

Los nodos elctricos se colocan en los nodos fsicos y en las subestaciones. Los nodos elctricos estn a una altura de 10 metros. El espaciamiento entre las fases se muestra en la figura 1.

Figura 1. Espaciamiento entre las fases de la red primario

Secciones de lnea ( Line seccions)

Se realiz el clculo de las corrientes en cada una de las secciones de lnea, para condiciones normales y para el caso de transferencia de carga en condiciones de emergencia.

Para condiciones de emergencia se calcul la corriente en las secciones de lnea del troncal principal.

Para el troncal con una corriente de 504 A en emergencia se selecciona el conductor. Que para 22.9 kV y redes urbanas de distribucin debe ser de aleacin de aluminio.

Conductor del troncal principal:

Code

18

Descripcin

336 aleacin de aluminio(AAAC)

Corriente mxima510 A

Z1

0.187079 + j0.408546

Z0

0.386501 + j1.062697

Para el clculo del conductor de los laterales se debe considerar cuantas transferencia se van a realizar y donde.

Se analizaron dos opciones:

Una sola transferencia

En este caso no se logra cumplir con la cada de voltaje, incluso con el conductor 336 AAAC en todas las secciones de lnea. Se debera agregar elementos como reguladores o capacitores para poder cumplir con la mxima cada de voltaje.

Tres transferencias

En esta configuracin se probaron varias alternativas, hasta llegar a la que cumple con los niveles de voltajes pedidos en falla y en condiciones normales.

El conductor escogido para la red es:

Conductor de los laterales:

Code

22

Descripcin

4/0 aleacin de aluminio(AAAC)

Corriente mxima360 A

Z1

0.297707 + j0.430006

Z0

0.571597 + j1.134493

La distribucin de secciones con los diferentes alimentadores se muestran en el anexo 3

RESULTADOS DEL ESTUDIO

La red planteada no tiene problemas para cumplir con las condiciones de cada de voltaje en condiciones normales. La cada de voltaje mxima llega al 1.8%, mientras que las perdidas de potencia activa alcanzan solo el 0.83 %

En condiciones de emergencia es necesario realizar varias transferencias para mantener al sistema dentro del rango de variacin de potencia. Con tres transferencias se logra cumplir con la cada de voltaje.

Funcionamiento en condiciones normales

SUB1SUB2

FED1FED2

Potencia enviada(kW)9073,889075,74

(kVAr)4509,524512,72

demanda de potencia(kW)90009000

(kVAr)4358,674358,73

Perdidas de energa (kWh)53195,1554530,58

Perdidas de potencia (kW)73,8875,74

%0,810,83

(kVAr)150,85153,99

Mxima cada de voltaje(%)1,801,78

Regulacin mxima(%)1,831,81

Corriente (A)255,46255,54

Longitud total(km)13,5013,50

Longitud mxima(km)5,505,50

seccin mas cargadaSeccinS 10-11S 16-19

kW990,00918,00

kVar469,50446,60

Funcionamiento en condiciones de emergencia

SUB1SUB2

FED1FED2

potencia enviada(kW)18390,8718397,52

(kVAr)9472,689483,47

demanda de potencia(kW)1800018000

(kVAr)8717,408717,40

Perdidas de energa (kWh)281425,26286212,01

Perdidas de potencia (kW)390,87397,52

%2,132,16

(kVAr)755,28766,07

mxima cada de voltaje(%)4,434,64

Regulacin mxima(%)4,634,87

Corriente (A)521,56521,83

Longitud total(km)27,5027,50

Longitud mxima(km)8,518,50

Seccin mas cargadaSectionS 10-11S 16-19

kW990,00918,00

kVar469,50446,60

DESCRIPCIN DE LOS RESULTADOS DEL ESTUDIO.

En las graficas se puede observar la configuracin de la red y la localizacin de las transferencias de carga. Se observa claramente que es la mejor opcin para un sistema como el propuesto. Con menos transferencias no se cumple con los niveles de voltaje y el aumentar el nmero de transferencia complicara mucho mas el proceso de transferencia de carga en caso de falla.

El esquema propuesto tambin nos brinda la oportunidad de realizar transferencias parciales de carga en caso de falla en ciertos sectores de la lnea.

La configuracin escogida para los alimentadores presenta muy buenas condiciones de funcionamiento en condiciones normales. E incluso en caso de falla en una seccin de lnea (a excepcin de las dos primeras secciones del alimentador) la operacin del sistema es aceptable y el sistema presenta una alta confiabilidad.

La cada de voltaje mxima en condiciones normales llega a 1.8%, con prdidas de potencia activa e un valor de 0.83%, esto se debe a que la configuracin del primario permite que la carga se divida en tres ramales disminuyendo as la corriente por las secciones, lo que ocasiona menores perdidas.

En caso de falla en la subestacin las condiciones de operacin se encuentran dentro de los limites, con una cada de voltaje mxima de 4,67% bastante cercana al mnimo aceptable. Las perdidas de potencia activa de un valor de 2.16% valor aceptable para condiciones de emergencia.

La altura de los nodos fsicos y de los nodos elctricos, cumple con las normas de la Empresa Elctrica Quito

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

- la red presenta condiciones de funcionamiento en condiciones normales bastante aceptables debido a que la carga se divide en tres ramales, lo que permite que solo un pequeo sector de la red tenga que soportar toda la potencia de la subestacin.

-la ubicacin de las subestaciones no es la mas adecuada, pues se encuentran lejos del centro de carga del rea a la que sirven. El rea de estudio se podra servir con una sola subestacin colocada en el centro de carga de la zona.

- En condiciones de emergencia la configuracin de los primarios ocasiona problemas para cumplir con la regulacin de voltaje, siendo necesario hacer varias transferencias e incluso cambiar el tipo de conductor para cumplir con las restricciones.

- El rea de estudio es solo un sector de una ciudad y los alimentadores estudiados deben considerarse como parte de un grupo de alimentadores de la subestacin. para lograr un resultado mejor se deben considerar el resto de alimentadores, en la modelacin digital.

- La simulacin realizada comprende solo la red primaria, un anlisis mas completo, con la simulacin de transformadores, red secundaria, consumidores, es necesario para analizar la cada de voltaje y perdidas desde la subestacin hasta el consumidor final.

- la utilizacin del programa SPARD es de gran ayuda en la planificacin de sistemas de distribucin, con su ayuda se puede hacer cambios rpidos en la red para que cumpla con las condiciones pedidas.

BIBLIOGRAFA.

- Westinghouse. Electricity Utility Engineering Reference Book Distribution Systems.

Volumen 3. Primera edicin, primera impresin, 1965. Capitulo 3

- Folleto de caractersticas tcnicas CABLEC.

PLANIFICACIN DE SISTEMAS

DE DISTRIBUCIN

Trabajo 4

Planificacin Del Sistema Primario

Para Un Sector De Una CiudadRealizado por:

Walter Dutn

Ludwing Snchez

Fecha de entrega: 2003 04 - 12Diciembre - Abril

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